Что такое эпигенетика?

За последние годы эпигенетика сделала, если можно так выразиться, огромный шаг навстречу обществу: из сугубо специального, лабораторного феномена она превратилась в предмет широких общественных дискуссий. Просвещённая публика увидела в эпигенетике возможность уйти от детерминизма генов, и с эпигенетикой стали связывать определённые надежды, касающиеся социально-психологической коррекции человека. Например, на недавней Всемирной научной выставке в Нью-Йорке состоялась дискуссия, которая так и называлась — «Влияние эпигенетики на социальность».

Но чем активнее эпигенетика завоёвывает умы и сердца широкой аудитории, тем осторожнее о ней высказываются собственно специалисты. По мнению некоторых, в научном мире до сих пор нет внятного определения, что же считать эпигенетикой, и, к сожалению, в таком невнятном виде термин вышел за пределы лабораторий. Обычно под эпигенетикой понимают совокупность изменений (и процессов, приводящих к этим изменениям), которые надолго меняют активность генов, но при этом не меняют последовательность ДНК. Например, все клетки одного конкретного человека обладают одной и той же ДНК. Отличия же между клетками обусловлены тем, какие гены активны и насколько активны.

Какие-то изменения в генетической активности происходят в ответ на перемены в окружающей среде, и тогда ген, например, удваивает свою активность, а когда потребность в такой интенсивной работе отпадает, возвращается к обычному состоянию. Другие изменения остаются с клеткой на всю жизнь — обычно это касается неких фундаментальных аспектов её жизнедеятельности, к примеру, специализации. То есть ген, отвечающий, за принадлежность клетки к эпителиальным клеткам, будет работать в ней всё время. Более того, точно так же будут обстоять дела и в дочерних клетках. Как раз в таких случаях и вспоминают эпигенетику, ибо считается, что эпигенетические модификации, как и генетические изменения, переходят из поколения в поколение.

Однако, если мы посмотрим на обычные изменения в генетической активности, то обнаружим, что причиной им служат специальные регуляторные белки. Эти белки взаимодействуют с регуляторными последовательностями в ДНК, что и приводит к активации или подавлению работы тех или иных генов. Например, белок REST подавляет работу генов, необходимых для работы нейронной цепи, если клетке не суждено стать нейроном. В случае эпигенетических модификаций мы сталкиваемся с похожей ситуацией, но тут регуляторную роль выполняют гистоны — белки-упаковщики ДНК. В зависимости от собственных модификаций гистоны могут либо сильно упаковать ДНК и тем самым заархивировать содержащиеся в ней гены, либо, наоборот, ослабить свою хватку и позволить генам работать.

Проблема в том, что и временные, и постоянные изменения в активности генов часто зависят от одних и тех же белков, в том числе от гистонов. То есть в гистоновой эпигенетике как будто нет ничего специфического. А потому многие учёные, даже корифеи вроде Джеймса Уотсона, полагают, что нет никакой специальной эпигенетики — есть лишь разные проявления генетической регуляции. В ответ на это апологеты эпигенетики предлагают называть её именем даже те случаи генетической регуляции, которые выражаются в кратковременном изменении генетической активности. То есть если ген утром работал слабо, днём — сильнее, а вечером снова слабо, то это тоже эпигенетическая регуляция. Мы оказываемся перед методологическим и отчасти философским вопросом, когда нужно чётко определить понятие, предмет обсуждения — но при этом ясно, что определение эпигенетики вряд ли нужно искать в широкой общественной дискуссии. (Стоит также заметить, что при широкой трактовке понятия оно теряет специфику и остроту — получается, что для общей регуляции генов просто придумали новый термин.)

У эпигенетики есть ещё одна особенность, связанная с наследованием эпигенетических модификаций. Кратковременные изменения в активности генов не передаются по наследству. Более того, многие эпигенетические, долгоиграющие изменения тоже не переходят следующим поколениям: при созревании половых клеток такие модификации попросту обнуляются. Однако есть класс модификаций, которые возникают в ответ на требования среды и при этом могут перейти к потомкам. Такие модификации возникают в результате метилирования ДНК, другого основного эпигенетического процесса. Метильные группы влияют на активность генов и остаются на ДНК и при созревании половых клеток, и даже после оплодотворения. Раз появившись, они крайне неохотно исчезают и сопровождают организм на протяжении всей жизни.

Получается, что какие-то особенности среды обитания, при которых пришлось жить родительскому поколению, через такие модификации будут влиять на жизнь потомков. И есть вполне убедительные свидетельства того, что у растений и насекомых эпигенетические модификации передаются в следующие поколения. И тут можно было бы представить, как у человека материнский стресс влияет на активность генов её детей, но увы — как было сказано на том же обсуждении социальности и эпигенетики, у млекопитающих зарегистрирован только один достоверный случай передачи эпигенетической информации из поколения в поколение, который проявляется при наследовании окраски у мышей.

Вообще в дискуссии о взаимосвязи эпигенетики и социальных особенностей человека, по свидетельству редактора портала Ars Technica Джона Тиммера, творилась сущая неразбериха. Участники встречи переносили особенности кратковременных изменений в активности генов на процессы наследования, всё это называли эпигенетикой, а к этому добавлялись ещё и сугубо журналистские идеи о том, что с помощью эпигенетики можно изменить человека. Скажем, какие-то базовые особенности нервной системы заложены в генах, но если человек захочет изменить себя, нельзя ли за этим обратиться к эпигенетике?

Впрочем, здравый смысл, по-видимому, одержал верх. Учёные, участвовавшие в дискуссии, указали, что, во-первых, мы знаем о человеческой эпигенетике (и вообще об эпигенетике млекопитающих) слишком мало, чтобы строить такие амбициозные планы. А во-вторых, не стоит рассчитывать на то, что эпигенетические модификации смогут перекроить вашу биологию. Всё-таки это, скажем так, надстройка над генетической «скрижалью», и если говорить о болезнях, то эпигенетические модификации могут изменить вероятность появления того или иного недуга, но лишь на несколько процентов. Можно ли объяснить какие-то особенности работы человеческой психики с помощью эпигенетики? Например, когда детская психологическая травма проявляется у вполне взрослого человека — не в эпигенетических ли модификациях тут дело? Очень может быть. Проблема, однако, в том, что подобные вещи можно объяснить и с точки зрения старой доброй — молекулярной — генетики.

Словом, разнообразные междисциплинарные гипотезы по поводу эпигенетики, которыми уже успели озаботиться некоторые психологи, социологи и даже юристы, при всей неопределённости самого понятия, заставляют вспомнить известный завет Оккама — тот самый, что гласит: «Без необходимости не следует утверждать многое».

Подготовлено по материалам Ars Technica.